JPH049253A

JPH049253A - 銅合金の製造方法

Info

Publication number: JPH049253A
Application number: JP2108641A
Authority: JP
Inventors: Kimio Hashizume; 橋爪　公男; Keizo Kitakaze; 北風　敬三; Takefumi Ito; 武文伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-04-26
Filing date: 1990-04-26
Publication date: 1992-01-14
Also published as: KR910018565A; US5064611A; DE4101912A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】し産業上の利用分野］本発明は銅合金の製造方法に関し、更に詳細には集積回
路のリードフレーム材やコネクタ、リレー等の電子機器
用銅合金に適したＣｕ−Ｎｉ−Ｐ−９ｉ合金やＣｕ−Ｎ
ｉ−Ｐ−Ｓｉ−Ｚｎ合金を急冷凝固法により製造する方
法に関するものである。

［従来の技術］電子機器用銅合金の鋳塊を製造する方法として、従来は
水平連続鋳造装置による連続鋳造が一般的に行われてい
る。第２図は例えば特開昭５８３９６３９号公報に示さ
れている従来の水平連続鋳造装置の断面図である。第２
図において、（１）は例えば高周波等の電力による溶解
炉（図示せず）によって溶かされた金属の溶湯、（２）
は溶湯を、一定の温度に維持し且つ量を確保しておくた
めの保持炉である。（３）は保持炉（２）の下端部に固
設した黒鉛鋳型、（４）は黒鉛鋳型を包囲するように設
けた水冷ジャケット、（５）は溶湯（１）が冷却され固
体となった鋳塊（６〉を引出すための牽引ロールである
。

上記のように構成されている鋳造装置において、保持炉
（２）に溜められた溶湯（１）は黒鉛鋳型（３）に注湯
され、水冷ジャケット（３）内部の水路を流れる冷却水
による冷却作用を受けて凝固し、鋳型（３）より鋳塊と
なって出てくる。この時、鋳塊（６）は牽引ロール（５
）により連続または間欠的に引き出され、連続的に長い
鋳塊（６）が鋳造される。その後、圧延加工と熱処理を
繰り返し、所定のサイズの薄板材に仕上げるものである
。

［発明が解決しようとする課題］前記の鋳造方法により、金属間化合物をマトリックス中
に分散析出させて強化するタイプの合金の溶湯を鋳造し
た場合には、冷却速度が１０”Ｃ／秒以下と比較的遅い
ために、凝固過程で形成される金属間化合物の大きさが
粗大で、不揃いとなり、また、マトリックス中に不均一
に分散した状態の鋳塊となる。このような状態にある鋳
塊は以降の熱処理と圧延加工を経て最終の薄板製品に仕
上げても、金属間化合物の大きさ及び分散状態はほとん
ど鋳塊時と変わらないために、優れた強度並びに良好な
導電性は得られるものの、成形加工性に間しては著しく
劣り、特に、厳しい成形加工性が要求されるコネクタ分
野へ適用できないという問題点がある。

また、粗大な金属間化合物の存在は不均一なエツチング
、メツキのフクレや剥離、更にペアボンデング（メツキ
なしの銅系リードフレーム材と半導体チップをＡｕ、Ａ
ｎまたはＣｕ線で結線すること）での接合不良が発、生
じ５信頼性の低下の原因になる可能性がある。

本発明はこのような従来の問題点を解決するなめになさ
れたものであり、鋳造過程において凝固時に形成する金
属間化合物を微細に且つ均一にマトリックス中に分散さ
せた鋳塊を作製することにより、成形加工性が良好で、
信頼性の高いＣｕＮｉ−Ｐ−８ｉ合金及びＣｕ−Ｎｉ−
Ｐ−８ｉ−Ｚｎ合金を得ることができる製造方法を確立
することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］本発明に係る銅合金の製造方法は、重量％にて、１．０
〜８％のＮｉ、０．１〜０．８％のＰ、０．０６〜１．
０％のＳｉを含有し、残部がＣｕ及び不可避の不純物か
らなる溶湯金属または１．０〜８％のＮｉ、０．１〜０
．８％のＰ、０．０６〜１．０％のＳｉ、０．０３〜０
．５％のＺｎを含有し、残部がＣｕ及び不可避の不純物
からなる溶湯金属を１０２°Ｃ／秒以上１０５℃／秒未
満の冷却速度で急冷凝固させ、引続き常温まで連続的に
冷却することによりＮｉ−Ｐ、Ｎｉ−５ｉの金属間化合
物をマトリックス中に微細に且つ均一に分散させるもの
である。

本発明の銅合金の製造方法において、冷却速度を１０２
℃／秒以上１０５℃／秒未満の範囲内に設定した理由は
、種々の実験を行った結果、１０２℃／秒未満の冷却速
度ではＮｉ−Ｐ、Ｎｉ−５ｉの金属間化合物の微細化効
果が少なく、マトリックスに均一に分散した状態が得ら
れないことによる。

一方、１０”Ｃ／秒以下の冷却速度では鋳塊板厚が極端
に薄くなり過ぎて実用に供しにくくなるためである。

また、本発明の電子機器用銅合金を構成する合金成分の
添加理由とその組成範囲の限定理由について説明する。

Ｎｉ、Ｐ及びＳｉは、これらの元素がＮｉ５Ｐ２やＮｉ
２Ｓｉ等の金属間化合物を効率良く生成し、強度の向上
と導電率の低下の少ない範囲とする。

Ｎｉの下限は１．０％である。これ未満では金属間化合
物が少なく、強度の向上が少ないためであり、８％を超
えると強度水準の向上が配合量が増えてもそれに伴う効
果が少なく、また、加工性が劣化すると共に導電率の低
下とハンダメツキ耐熱性が劣化する傾向にあるためであ
る。ＮｉとＰ及びＮとＳｉの金属間化合物を効果的に生
成させるためには、重量比的にＮｉとＰが約５：１．Ｎ
ｉとＳｉが約４：１にあるときに強度、導電率の水準が
最も優れており、これは金属間化合物のＮｉ５ＰｚやＮ
ｉ２Ｓｉにほぼ相当している。従って、Ｐ、Ｓｉの量は
この重量比より範囲を定めた。

また、Ｚｎを添加する場合には、Ｚｎがハンダ付けある
いは、ハンダメツキ後の高温環境下におけるハンダ層の
剥離等の信頼性低下を抑える効果が認められ、その最少
必要量の０．０３％を下限とし、上限については応力腐
食性の点で０．５％とした。

［作　　用］本発明におけるＣｕ−Ｎｉ−Ｐ−Ｓｉ合金及びＣｕ−Ｎ
ｉ−Ｐ−Ｓｉ−Ｚｎ合金の鋳造時において溶湯金属を１
０２℃／秒以上１０５℃／秒未満の範囲内の冷却速度で
急冷凝固させ、引続き常温まで連続的に冷却し、Ｎｉ−
ｐ、Ｎｉ−Ｓｉの金属間化合物を微細に、且つマトリッ
クス中に均一に分散させることにより、成形加工性が著
しく改善されると共にメツキ耐熱性等の信頼性が向上す
る。

［実　施　例］以下に、本発明の銅合金を製造するために使用した装置
について説明する。

第１図は本発明を実施するための双ロール式金属急冷鋳
造装宜の概念図である。第１図において、（７）は溶解
炉（図示せず）より溶かされた金属の溶湯（１）を注ぎ
込むための取鍋、（８）は溶湯（１）を溜めておくため
のタンデイツシュ、（９）はタンデイツシュ（８）から
流出する溶湯（１）を所定の場所へ導く樋で、溶湯（１
）が凝固しないように保温手段が施されている。　（１
０）は上下間に可変可能な間隙を有し゛ζ配置され、水
冷されている冷却ロールで、ロール回転スピードも任意
に調整できるようになっている。（１１）は溶湯（１）
が上記の冷却ロール（１０）を通過することができる鋳
塊で、本発明の目的とする薄板鋳塊である。（１２）は
ガイドで５上記薄板鋳塊を巻取るための巻取り機（１３
）に導くものである。

以上の構成からなる金属急冷鋳造装置において溶湯（１
）はタンデイツシュ（８）から樋（９）を経て冷却ロー
ル（１０）の間隙部に供給され、冷却ロール〈１０）の
間で瞬時に凝固され薄板鋳塊（１１）となる。

得られた薄板鋳塊（１１）はガイド（１２）を滑り、巻
取り機（１３）に送られ連続的に巻き取られる。

本発明の効果を確認するため、第１表の組成で試料Ｎ０
９２．４．６〜８を調整して溶湯金属を造り、これをロ
ール径が４００ｍｍ、ロール幅が１００１１１１１１で
、内部水冷が可能な銅製双ロールからなる実験設備を用
いて急冷凝固させながら連続的に薄板鋳塊を製造した。

製造条件としては、■冷却ロールの回転数を５０ｒｐｍ
（ロール周速は約６０ｍ／分）、■ロールへの注湯温度
をいずれも各合金の融点より約５０℃高めとし、■ロー
ルギャップは１．○ｌに設定した。得られた鋳塊は厚さ
が２，０ｍｍで幅は１００ｍｍである。

この鋳塊は従来の連続鋳造法やバッチ式鋳造の場合より
早い所定範囲内の冷却速度で溶湯金属を連続的に全冷凝
固させて造られているために、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｓｉの
金属間化合物は微細で且つマトリックス中に均一に分散
した状懸となる。

これらの鋳塊を均質化焼きなましせずに一気に８０％の
加工率で板厚０．４ｍ−まで冷間加工し、８００℃での
溶体化処理に続いて４５０℃の２時間時効処理後、約３
７％の冷間加工率にて０．２５ｍｍ板厚に仕上げて諸特
性測定用の試料とした。

第１表は上記各試料の測定結果を比較例と共に示したも
のである。これらの結果より、本発明によるものは冷却
速度が遅い従来の水平連続鋳造方式により製造したもの
に比べて引張強さと電気伝導度は若干の向上であるもの
の、成形性については著しく改善されていることが明白
である。

成形性はＪＩＳ　Ｂ７７７８に定められている■ブロッ
ク法により９０度Ｖ曲げを行い、割れが生じることなく
曲げ成形が可能な限界曲げ半径Ｒを求め、それを試料の
板厚ｔで割った＜Ｒ／ｌ）の値をもって評価しており、
（Ｒ／ｌ）値が小さいほど成形性が優れることになる。

例えば組成的に近似する試料Ｎｏ、１と２、試料Ｎｏ、
３と４及び試ｆ４　Ｎ　。

５と６の比較において、いずれも本発明法によるものの
方が従来法のものより＜Ｒ，／ｌ）値が小さく、圧延方
向に平行では従来法の約１／３に、垂直についても約１
／４とかなり減少している。

ハンダ耐熱性は、合金中のＮｉ、Ｐ、Ｓｉの含有量が多
くなるにつれて悪化する傾向にあり、これはＮｉ−Ｐ、
Ｎｉ−Ｓｉの金属間化合物の分散析出量の増大並びにそ
の大きさと分散状態等によるものである。本発明法によ
るものでは、これらの金属間化合物が微細で、且つ均一
に分散するため、例えば組成的にほぼ同一の試料Ｎ　ｏ
　、６　（本発明例）と試料Ｎｏ、５（比較例）の比較
では本発明法によるものの方がハンダ剥離時間が約１０
％長く、ハンダ耐熱信頼性が優れている。試料Ｎｏ、７
は更にハンダ耐熱性の向上を目的として少量のＺｎを添
加したもので、Ｚｎを含有しない前記本発明法による試
料Ｎｏ、６に比べてハンダ剥離時間で更に約５０％延長
している。また、Ｚｎ量が０．８２％の試料Ｎｏ、８に
おいては、応力腐食感受性が大きくなるため、上限につ
いては自ずとＩＩＩ限され、追加実験の結果、０，５％
を超えると劣化の大きいことが認められた。なお、ハン
ダ耐熱性は試料を溶融した９０％Ｐｂ−１０％Ｓｎハン
ダ浴中に浸漬してハンダメツキし、続いて１５０℃で加
熱保持後にハンダメツキ部を密着−げを行って剥離等が
生ずるまでの時間を測定することにより評価した。一方
、応力腐食感受性はＣＥＳ（通信ｔ！１械工業会規格）
に定められているＣＥＳ−Ａ法に準じて１２．５体積％
のアンモニラ水溶液をデシゲータ底部に入れ、その雰囲
気ガス中において試料に３０　ｋｌ？ｆ／　ｖＩｍ２の
曲げ応力を与え、破断するまでの時間を測定することに
より評価した。

［発明の効果］本発明法によれば、Ｃｕ−ＮｌＰＳｉ合金またはＣｕ−
Ｎｉ−Ｐ−Ｓｉ−Ｚｎ合金を、一定の冷却速度で急冷凝
固させ、引続き常温まで連続的に冷却させて製造するた
めに、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｓｉの金属間化合物がマトリッ
クス中に微細に且つ均一に分散し、成形性が著しく良好
で、しかもハンダ耐熱性面等からも信頼性の高い電子機
器用銅合金を得ることができるという効果がある。

なお、本発明ではマトリックス中にＮｉ−Ｐ、Ｎｉ−５
ｉの金属間化合物を分散させる合金系についてのみ扱っ
ているが、Ｔｉ−Ｎｉ、　Ｔｉ−Ｆｅ、Ｍｇ−Ｐ、Ｃｕ
−Ｚｒなどの金属間化合物を分散させる合金系について
も適用可能であることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための装置を示す双ロー
ル式金属急冷鋳造装置の概念図であり、第２図は従来の
水平連続鋳造装置の断面図である。図中、１・・・溶湯、７・・・取鍋、８・・・タンデイ
ツシュ、９・・・樋、１０・・・冷却ロール、１１・・
・薄板鋳塊、１２．ガイド、１３・・・巻取り機。なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１、重量％にて、１．０〜８％のＮｉ、０．１〜０．８
％のＰ、０．０６〜１．０％のＳｉを含有し、残部がＣ
ｕ及び不可避の不純物からなる溶湯金属または・１．０
〜８％のＮｉ、０．１〜０．８％のＰ、０．０６〜１．
０％のＳｉ、０．０３〜０．５％のＺｎを含有し、残部
がＣｕ及び不可避の不純物からなる溶湯金属を、１０＾
２℃／秒以上１０＾５℃／秒未満の冷却速度で急冷凝固
させ、引続き常温まで連続的に冷却することによりＮｉ
−Ｐ、Ｎｉ−Ｓｉの金属間化合物をマトリックス中に微
細に且つ均一に分散させたことを特徴とする銅合金の製
造方法。